JPWO2017204050A1 - 点検システム、管制装置、管制方法、及び、プログラム - Google Patents

点検システム、管制装置、管制方法、及び、プログラム Download PDF

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Abstract

点検作業者が点検装置を点検対象箇所へ移動させる操作を行う必要なしに打音点検を行うことができ、かつ、車両が進入困難な点検対象箇所に対しても打音点検を行うことができるようにする。点検システムが、点検対象箇所に対して所定の相対位置から点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検部と、打音点検部を搭載して飛行する飛行部と、を備える飛行装置と、点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて飛行装置の位置を検出する地上側装置と、地上側装置が検出した飛行装置の位置に基づいて、飛行装置の前進方向を、地上側装置から点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう飛行装置を制御する飛行指令部と、を備える。

Description

本発明は、点検システム、管制装置、管制方法、及び、記録媒体に関する。
検査対象の損傷や欠陥等を検査する方法の１つに、検査対象をハンマ等で叩いて打音を確認する打音検査がある。この打音検査に関連して幾つかの技術が提案されている。
例えば、特許文献１に記載の外壁浮き検知システムは、検知装置と、検知装置を遠隔操作する監視・操縦装置とからなる。検知装置は、移動飛行体に搭載されるとともに、打診器と、移動飛行体操縦受信器と、集音装置並びに打診音送信器と、で構成される。監視・操縦装置は、移動飛行体操縦送信器と、打診音受信器並びにスピーカとで構成される。作業者は、移動飛行体を遠隔操縦し、建築物の外壁を打診器により打診する。
また、特許文献２に記載の構造物打音検査装置は、被検査対象表面を叩いて検査する検査ヘッドを、ヘッド移動手段を用いて構造物の検査面に押し付けつつ移動させる。そして、この構造物打音検査装置は、ヘッド移動手段を搭載した自走車輌を移動させつつ所定の検査範囲を連続した一連の動作で打音検査する。
また、特許文献３に記載のトンネル覆工コンクリートの打音検査装置では、トンネルの軸方向へ走行する走行体にポストが搭載され、ポストの上端部にアームが設けられている。アームの先端には支持プレートが設けられ、支持プレートには２列の車間保持車輪が配置され、また、１本のハンマが装着されている。２列の間隔保持車輪が、トンネル覆工コンクリートの表面の凹凸に追従して接触することで、トンネル覆工コンクリートの表面とハンマの打撃開始位置との間隔を一定に保持する。
また、特許文献４に記載の壁面検査ロボットシステムは、ロボット本体と、ロボット本体に設けられたアーム機構とを具備する。ロボット本体は、壁面を有する構造物の床上の所望位置に移動するための移動機構を有する。アーム機構は、検査機構部を有し且つ該検査機構部を壁面に倣い移動させる。また、ロボット本体は、移動台車に方向転換機構を搭載してなる。
特開２０１２−１４５３４６号公報 特許第３５９５４９２号公報 特開２００４−２０５２１６号公報 特開２００４−３０１６６５号公報
特許文献１に記載の外壁浮き検知システムでは、作業者が移動飛行体を遠隔操縦して適切な点検箇所へ誘導する必要がある。このため、移動飛行体の操縦に作業者の技術を必要とする。作業者が操縦に不慣れな場合、点検作業に想定以上の時間を要する、又は、点検を上手く行えないことになる。
また、特許文献２に記載の構造物打音検査装置では、点検ヘッド及びヘッド移動手段を自走車輌に搭載して自走車輌を走行させる。このため、自走車輌が進入できない領域に位置する点検箇所に対しては、特許文献２に記載の構造物打音検査装置を用いた打音検査を実施できない。
また、特許文献３に記載のトンネル覆工コンクリートの打音検査装置では、このトンネル覆工コンクリートの打音検査装置を２ｔトラック等の走行体に搭載し、走行体を走行させて、トンネル覆工コンクリートの打音検査装置を移動させる。走行体が進入できない領域に位置する点検箇所に対しては、特許文献３に記載のトンネル覆工コンクリートの打音検査装置を用いた打音検査を実施できない。
また、特許文献４に記載の壁面検査ロボットシステムでは、ロボット本体を構成する移動台車が走行することで、壁面検査ロボットシステムを移動させる。移動台車が進入できない領域に位置する点検箇所に対しては、特許文献４に記載の壁面検査ロボットシステムを用いた打音検査を実施できない。
本発明は、上述の課題を解決することのできる点検システム、管制装置、管制方法、及び、記録媒体を提供することを目的としている。
本発明の第１の態様によれば、点検システムは、点検対象箇所に対して所定の相対位置から前記点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検手段と、前記打音点検手段を搭載して飛行する飛行手段と、を備える飛行装置と、前記点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて前記飛行装置の位置を検出する地上側装置と、前記地上側装置が検出した前記飛行装置の位置に基づいて、前記飛行装置の前進方向を、前記地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう前記飛行装置を制御する飛行指令手段と、を備える。
本発明の第２の態様によれば、管制装置は、点検対象箇所に対して所定の相対位置から前記点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検手段と、前記打音点検手段を搭載して飛行する飛行手段とを備える飛行装置の前進方向を、前記点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて前記飛行装置の位置を検出する地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう、前記地上側装置が検出する前記飛行装置の位置に基づいて前記飛行装置を制御する飛行指令手段を備える。
本発明の第３の態様によれば、管制方法は、点検対象箇所に対して所定の相対位置から前記点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検手段と、前記打音点検手段を搭載して飛行する飛行手段とを備える飛行装置の前進方向を、前記点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて前記飛行装置の位置を検出する地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう、前記地上側装置が検出する前記飛行装置の位置に基づいて前記飛行装置を制御する。
本発明の第４の態様によれば、コンピュータが読み取り可能な記録媒体は、コンピュータに、点検対象箇所に対して所定の相対位置から前記点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検手段と、前記打音点検手段を搭載して飛行する飛行手段とを備える飛行装置の前進方向を、前記点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて前記飛行装置の位置を検出する地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう、前記地上側装置が検出する前記飛行装置の位置に基づいて前記飛行装置を制御する処理を実行させるプログラムを格納する。
この発明によれば、点検作業者が点検装置を点検対象箇所へ移動させる操作を行う必要なしに打音点検を行うことができ、かつ、車両が進入困難な点検対象箇所に対しても打音点検を行うことができる。
本発明の実施形態に係る点検システムの装置構成を示す概略構成図である。 同実施形態に係る飛行装置の概略外形を示す斜視図である。 同実施形態に係る飛行装置の概略外形を示す側面図である。 同実施形態に係る点検システムの機能構成を示す概略ブロック図である。 同実施形態に係る点検システムで用いられる座標の例を示す説明図である。 同実施形態に係る飛行装置が、座標系Σ０のｘ軸上に位置する例を示す説明図である。 同実施形態に係る飛行装置が、座標系Σ０のｘ軸上に位置し、かつ飛行装置の前進方向が座標系Σ０のｘ方向に一致している例を示す説明図である。 同実施形態に係る管制装置が座標系Σ０を設定する処理手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る管制装置が飛行装置の位置及び向きを制御する処理の例を示す説明図である。 同実施形態に係る飛行装置が打音検査を行う処理手順の例を示すフローチャートである。 同実施形態に係る、より自由度の高い打音点検部を備える飛行装置の外形の概略を示す斜視図である。 同実施形態に係る飛行装置が用いる座標系の例を示す説明図である。 本発明に係る点検システムの最小構成を示す説明図である。 本発明に係る管制装置の最小構成を示す説明図である。
以下、本発明の実施形態を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、本発明の実施形態に係る点検システムの装置構成を示す概略構成図である。図１に示すように、点検システム１は、飛行装置１０と、地上側装置２０と、管制システム３０とを備える。管制システム３０は、管制装置３１と、電源装置３２とを備える。また、図１では、点検対象箇所９００が示されている。
ここでいう管制とは、飛行に関する指示を行うことである。
点検システム１は、トンネル又は橋梁などの構造物の点検対象箇所に対して打音点検を行う。ここでいう打音点検は、点検対象箇所を叩いて音を収集する点検方法である。収集した音の周波数等に基づいて点検対象物における異常の有無を判定することができる。一般には、点検対象箇所は、一点ではなくある程度広がりを持った範囲で設定される。
飛行装置１０は、点検対象箇所９００の付近へ飛行して打音点検を実施する。
地上側装置２０は、点検対象箇所９００に対する相対位置を固定に設置される。そして、地上側装置２０は、飛行装置１０の位置を検出して管制装置３１へ通知する。地上側装置２０として、例えばトータルステーションを用いることができる。
管制装置３１は、飛行装置１０に対して飛行指令を送信して飛行装置１０の飛行を制御する。また、管制装置３１は、飛行装置１０の飛行を制御する際、地上側装置２０の設置位置を基準にした座標を設定する。具体的には、管制装置３１は、地上側装置２０の設置位置を原点とし、地上側装置２０から点検対象箇所９００へ向かう方向をｘ方向とする座標を設定する。飛行装置１０は、この座標のｘ軸を辿ることで点検対象箇所９００へ到達できる。管制装置３１は、例えばコンピュータを用いて構成される。
電源装置３２は、点検システム１の各部に電力を供給する。特に、管制システム３０と飛行装置１０とは電力線及び信号線で有線接続されており、電源装置３２は、電力線を通じて飛行装置１０に電力を供給する。但し、管制システム３０と飛行装置１０との接続方法は有線接続に限らない。例えば、飛行装置１０がバッテリ等の電源を備えて電力を自給し、管制装置３１と無線通信で接続するようにしてもよい。
同様に、地上側装置２０と管制システム３０とも、有線で接続されていてもよいし、無線通信で接続されていてもよい。
図２は、飛行装置１０の概略外形を示す斜視図である。図２に示すように、飛行装置１０は、飛行部１００と、打音点検部２００と、レーザレンジファインダ３００とを備える。飛行部１００は、飛行装置本体１１０と、ファン１２０と、本体用バランサ１３０とを備える。
打音点検部２００は、点検部用台座２１０と、アーム２２０と、打撃部２３０と、点検部用バランサ２６０と、マイク２７０とを備える。点検部用台座２１０は、点検部用回転軸２１１を備える。また、打撃部２３０は、測距部２４０と、力覚センサ２５０とを内蔵している。レーザレンジファインダ３００は、ファインダ用台座３１０と、ファインダ本体３２０とを備える。ファインダ用台座３１０は、ファインダ用回転軸３１１を備える。
飛行部１００は、打撃部２３０を搭載して飛行する。飛行部１００として、例えば無線による遠隔操作式もしくは自律飛行式の無人ヘリコプタ（いわゆるドローン）を用いることができる。
ファン１２０は、回転することによって空気の流れを生じさせて飛行装置１０を動作させる。また、４つのファン１２０の回転数のバランスにて飛行装置１０の姿勢を制御する。この姿勢制御によって飛行装置１０は、打音点検部２００が配置されている方を前にして飛行する。これにより、打音点検部２００を点検対象箇所９００に近付けて打音点検を実施することができる。
本体用バランサ１３０は、打音点検部２００との間で、飛行装置１０の重心バランスを保つためのおもり（錘）である。
打音点検部２００は、点検対象箇所９００に対して所定の相対位置から、点検対象箇所９００を叩いて打音点検を行う。ここで、点検対象箇所９００に対して所定の相対位置は、具体的には、点検対象箇所９００の正面、かつ、点検対象箇所９００からの距離が予め定められている距離となる位置である。点検対象箇所９００を一定の強さ、かつ、一定の角度で叩くために、点検対象箇所９００に対する打音点検部２００の相対位置が定められている。
点検部用台座２１０は、アーム２２０を点検部用回転軸２１１の軸周りに回転可能に支持する。さらに、点検部用台座２１０が、アーム２２０を水平方向（飛行装置本体１１０の上面に平行な面の方向）にも回転可能に支持するようにしてもよい。
アーム２２０は、点検部用回転軸２１１の軸周りに回転することで、打撃部２３０を移動させる。特に、飛行装置１０が点検対象箇所９００の正面、かつ、点検対象箇所９００の近くに位置している状態で、アーム２２０が点検部用回転軸２１１の軸周りに回転することで、打撃部２３０が点検対象箇所９００を叩く。
打撃部２３０は、上記のようにアーム２２０の回転動作によって移動する。打撃部２３０が、この移動によって点検対象箇所９００を叩くことで、打音点検部２００は点検対象箇所９００に対する打音点検を行う。
測距部２４０は、飛行装置１０の進行方向に物がある場合に、打撃部２３０から当該物までの距離を測定する。特に、飛行装置１０が点検対象箇所９００の正面に位置している状態で、測距部２４０は、打撃部２３０から点検対象箇所９００までの距離を測定する。
測距部２４０が、打撃部２３０から点検対象箇所９００までの距離を測定することで、点検対象箇所９００に対する打撃部２３０の相対位置が打音点検を行うために適切な位置か否かを判定することができる。
ここで、測距部２４０としては、レーザ式の距離センサを用いることができるが、これには限らず、打撃部２３０から物までの距離を測定可能であれば、測距部２４０として、他の手法を用いてもよい。例えば、測距部２４０として超音波式の距離センサを用いるようにしてもよい。
力覚センサ２５０は、打撃部２３０に加わる力を検出する。打撃部２３０が、打音点検にて実際に点検対象箇所９００を叩く前に、点検対象箇所９００を叩く位置へ移動し、力覚センサ２５０が、物との接触を検出しているか否かを判定する。これにより、点検対象箇所９００に対する打撃部２３０の相対位置が打音点検を行うために適切な位置か否かを判定することができる。
点検部用バランサ２６０は、打撃部２３０との間で、打音点検部２００の重心バランスを保つためのおもりである。
マイク２７０は、周囲音を収集する。特に、マイク２７０は、打撃部２３０が点検対象箇所９００を叩いたときの打撃音を収集する。
ファインダ本体３２０は、飛行装置１０の前方（進行方向）に位置する物を検出し、さらに、ファインダ本体３２０から当該物までの距離を測定する。飛行装置１０が点検対象箇所９００へ向かって飛行する際に、点検対象箇所９００の位置を検出し、また、障害物の有無を確認するためにファインダ本体３２０を用いることができる。
ファインダ用台座３１０は、ファインダ本体３２０をファインダ用回転軸３１１の軸周りに回転可能に支持する。さらに、ファインダ用台座３１０が、ファインダ本体３２０を水平方向（飛行装置本体１１０の上面に平行な面の方向）にも回転可能に支持するようにしてもよい。あるいは、ファインダ用台座３１０がファインダ本体３２０の向きを固定して支持するようにしてもよい。
図３は、飛行装置１０の概略外形を示す側面図である。図３に示すように、飛行装置１０は、図２を参照して説明した各部に加えて、さらにコーナーキューブ４００を備える。
コーナーキューブ４００は、コーナーキューブ４００自らに入射した光を入射方向へ反射させる。特に、コーナーキューブ４００は地上側装置２０が飛行装置１０へ向けて発射したレーザビームを地上側装置２０へ反射する。地上側装置２０は、このレーザビームを受信して、地上側装置２０に対する飛行装置１０の相対位置を検出する。コーナーキューブ４００は、例えば、直角プリズム、或いは直角に組み合わせられた反射板を含んで構成される。
図４は、点検システム１の機能構成を示す概略ブロック図である。図４では、図１を参照して説明した点検システム１の各部のうち、飛行装置１０と、地上側装置２０と、管制装置３１とが示されている。また、図４では、図２を参照して説明した飛行装置１０の各部のうち、飛行部１００と、ファン１２０と、打音点検部２００と、測距部２４０と、力覚センサ２５０と、レーザレンジファインダ３００とが示されている。
また図４に示すように、飛行装置１０は、さらに飛行側通信部１１と、飛行側記憶部１６と、飛行側制御部１７とを備える。飛行側制御部１７は、飛行処理部１８と、点検処理部１９とを備える。また、地上側装置２０は、地上側通信部２１と、飛行装置検出部２２と、地上側記憶部２８と、地上側制御部２９とを備える。また、管制装置３１は、管制側通信部５１０と、表示部５２０と、操作入力部５３０と、管制側記憶部５８０と、管制側制御部５９０とを備える。管制側制御部５９０は、座標管理部５９１と、飛行指令部５９２とを備える。
飛行側通信部１１は、他の機器と通信を行う。特に、飛行側通信部１１は、管制装置３１から飛行指令を受信する。
飛行側記憶部１６は、各種データを記憶する。飛行側記憶部１６は、飛行装置１０が備える記憶デバイスを用いて構成される。
飛行側制御部１７は、飛行装置１０の各部を制御して各種処理を実行する。飛行側制御部１７は、例えば飛行装置１０が備えるＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置）が、飛行側記憶部１６からプログラムを読み出して実行することで構成される。
飛行処理部１８は、ファン１２０の回転を制御することで飛行装置１０の飛行を制御する。飛行側通信部１１が管制装置３１から飛行指令を受信した場合、飛行処理部１８は、飛行指令に従って飛行装置１０の飛行を制御する。
点検処理部１９は、打音点検部２００を制御して打音点検を行う。特に、点検処理部１９は、打音点検部２００を制御してアーム２２０を点検部用回転軸２１１の軸周りに回転させ、打撃部２３０に点検対象箇所９００を叩かせる。
また、点検処理部１９は、打撃部位置確認部の例に該当し、打撃部２３０が検査のために点検対象箇所９００を叩く前に、打撃部２３０の点検対象箇所９００に対する相対位置を確認する。
具体的には、点検処理部１９は、打撃部２３０を点検対象箇所９００を叩く位置へ移動させ、力覚センサ２５０のセンシングデータに基づいて打撃部２３０と点検対象箇所９００との接触の有無を判定する。
あるいは、点検処理部１９は、測距部２４０が測定する点検対象箇所９００までの距離を参照して、測距部２４０と点検対象箇所９００との距離が所定の距離か否かを判定する。
点検処理部１９が、力覚センサ２５０を用いた上記の判定、及び、測距部２４０を用いた上記の判定のうちいずれか一方のみを行うようにしてもよいし、両方を行うようにしてもよい。但し、点検処理部１９が打撃部２３０の点検対象箇所９００に対する相対位置を確認する処理は必須ではない。点検処理部１９がこの処理を行わないようにしてもよい。
地上側通信部２１は、他の機器と通信を行う。特に、地上側通信部２１は、飛行装置検出部２２が検出した飛行装置１０の位置を示す位置情報を管制装置３１へ送信する。
飛行装置検出部２２は、地上側装置２０に対する飛行装置１０の相対位置を検出する。具体的には、飛行装置検出部２２は、レーザを発射する。そして、飛行装置１０のコーナーキューブ４００で反射されたレーザを受信すると、飛行装置検出部２２は、レーザを発射した向き、及び、レーザを発射してから受信するまでの遅延時間又は位相差に基づいて、地上側装置２０から見た飛行装置１０の方向、及び、地上側装置２０と飛行装置１０との距離を検出する。
地上側記憶部２８は、各種データを記憶する。地上側記憶部２８は、地上側装置２０が備える記憶デバイスを用いて構成される。
地上側制御部２９は、地上側装置２０の各部を制御して各種処理を実行する。特に、地上側制御部２９は地上側通信部２１を制御して管制装置３１と通信を行わせる。また、地上側制御部２９は、飛行装置検出部２２を制御して飛行装置１０の位置を検出させる。地上側制御部２９は、例えば地上側装置２０が備えるＣＰＵが、地上側記憶部２８からプログラムを読み出して実行することで構成される。
管制側通信部５１０は、他の機器と通信を行う。特に、管制側通信部５１０は、管制側制御部５９０の制御に従って、飛行装置１０に対して飛行指令を送信する。さらには、管制側通信部５１０は、飛行装置１０の前進方向を指示する飛行指令を飛行装置１０に送信する。また、飛行側通信部１１は、地上側装置２０が検出した飛行装置１０の位置を示す位置情報を地上側装置２０から受信する。
表示部５２０は、例えば液晶パネル又はＬＥＤ（Light Emitting Diode、発光ダイオード）パネル等の表示画面を有し、各種画像を表示する。特に、表示部５２０は、打音点検の結果を表示する。また、表示部５２０が、管制側制御部５９０の制御に従って、点検対象箇所９００の位置、及び、飛行装置１０の位置を表示するようにしてもよい。
操作入力部５３０は、例えばキーボード及びマウス等の入力デバイスを有し、ユーザ操作を受ける。特に操作入力部５３０は、点検対象箇所９００の表面における２点を指定するユーザ操作を受ける。例えば、設計図で点検対象箇所９００に座標が設定されており、操作入力部５３０は、２点それぞれの座標を入力するユーザ操作を受ける。ここで指定される２点は、飛行装置１０の位置を管理するための座標の設定に用いられる。
管制側記憶部５８０は、各種データを記憶する。管制側記憶部５８０は、管制装置３１が備える記憶デバイスを用いて構成される。
管制側制御部５９０は、管制装置３１の各部を制御して各種処理を実行する。管制側制御部５９０は、例えば管制装置３１が備えるＣＰＵが、管制側記憶部５８０からプログラムを読み出して実行することで構成される。
座標管理部５９１は、操作入力部５３０でのユーザ操作にて指定された点検対象箇所９００の表面の２点に基づいて、地上側装置２０の位置を原点とする座標を設定する。そして、座標管理部５９１は、設定した座標を用いて飛行装置１０の位置を管理する。
飛行指令部５９２は、飛行装置１０に対する飛行指令を生成し、管制側通信部５１０を介して飛行装置１０へ送信する。これにより、飛行指令部５９２は、飛行装置１０の飛行を制御する。特に、飛行指令部５９２は、地上側装置２０が検出した飛行装置１０の位置に基づいて、飛行装置１０の前進方向を、地上側装置２０から点検対象箇所９００へ向かう方向に向けるよう飛行装置１０を制御する。さらには、飛行指令部５９２は、ユーザ操作による点検対象箇所９００の表面における２点の指定を受ける。そして、飛行指令部５９２は、飛行装置１０の前進方向を、この２点を含む直線と直交する方向、かつ、地上側装置２０から点検対象箇所９００へ向かう方向に向けるよう飛行装置１０を制御する。
次に、飛行指令部５９２が行う飛行装置１０の前進方向の指示について、図５〜図７を参照して説明する。
図５は、点検システム１で用いられる座標の例を示す説明図である。図５では、地上側装置２０、飛行装置１０及び点検対象箇所９００を上（上空側）から見た例を示している。
図５の例では、飛行装置１０が、点Ｐ１１０に位置している。また、地上側装置２０は、点Ｐ１２０に設置されている。また、点Ｐ１９１及びＰ１９２は、ユーザ操作によって指定された２点を示す。
座標管理部５９１は、ユーザ操作によって指定された２点を結ぶベクトルを算出する。図５の例では、座標管理部５９１はベクトルＢ１９１を算出する。そして、座標管理部５９１は、算出したベクトルに直交し、かつ、水平面に含まれる直線を求める。図５の例では、座標管理部５９１は線Ｌ１１１を求める。そして、座標管理部５９１は、得られた直線に基づいて、地上側装置２０の位置を原点とする座標系Σ０を設定する。
具体的には、座標管理部５９１は、地上側装置２０の位置を原点として、得られた直線に平行にｘ軸を設定する。また、座標管理部５９１は、鉛直上向きにｚ軸を設定する。そして、座標管理部５９１は、ｘ軸とｚ軸とに直交するｙ軸を設定する。図５の例では、座標管理部５９１が、右手座標系の座標軸を設定する場合の例を示しているが、座標管理部５９１が左手座標系の座標軸を設定するようにしてもよい。
一方、座標系Σｂは、飛行装置１０が用いる座標系である。座標系Σｂでは、飛行装置１０の位置が原点に設定される。また、飛行装置１０の前進方向にｘ軸が設定される。なお、飛行装置１０は、ほぼ水平を保って飛行する。このため、座標系Σｂのｘ軸は、水平面に沿って設定されている。
また、鉛直上向きにｚ軸が設定される。そして、ｘ軸とｚ軸とに直交するｙ軸が設定される。図５の例では、飛行装置１０が、右手座標系の座標軸を用いる場合の例を示しているが、飛行装置１０が左手座標系の座標軸を用いるようにしてもよい。飛行装置１０の移動に伴って座標系Σｂも移動する。
図６は、飛行装置１０が、座標系Σ０のｘ軸上に位置する例を示す説明図である。座標管理部５９１は、地上側装置２０が検出する飛行装置１０の位置に基づいて、座標系Σ０のｘ軸に対する飛行装置１０の位置のずれを算出する。そして、飛行指令部５９２は、座標管理部５９１が算出したずれに基づいて、飛行装置１０が座標系Σ０のｘ軸上に位置するように移動させる飛行指令を生成し、管制側通信部５１０を介して飛行装置１０へ送信する。
図６の例では、この飛行指令に従って飛行装置１０が飛行し、座標系Σ０のｘ軸上に位置している。但し図中において、座標系Σｂのｘ軸方向となる飛行装置１０の前進方向は、点検対象箇所９００の方向からずれた方向として図示している。
図７は、飛行装置１０が、座標系Σ０のｘ軸上に位置し、かつ飛行装置１０の前進方向が座標系Σ０のｘ方向に一致している例を示す説明図である。飛行指令部５９２は、飛行指示にて飛行装置１０に直進を指示する。この飛行指示に従って飛行装置１０が直進し、地上側装置２０が飛行装置１０の位置を検出することで、座標管理部５９１は、飛行装置１０の前進方向を検出することができる。これにより、座標管理部５９１は、座標系Σｂを検出することができる。
飛行指令部５９２は、座標管理部５９１が検出した飛行装置１０の前進方向と座標系Σ０のｘ方向とのずれに基づいて、このずれを減少させる向きに飛行装置１０を向かせる飛行指令を生成し、管制側通信部５１０を介して飛行装置１０へ送信する。飛行装置１０がこの飛行指令に従って飛行することで、飛行装置１０の前進方向と座標系Σ０のｘ方向とのずれが減少し、やがて、図７の例のように飛行装置１０の前進方向が座標系Σ０のｘ方向に一致する。この状態から飛行装置１０が直進すれば、点検対象箇所９００に到達することができる。かつ、飛行装置１０の前進方向が、点検対象箇所９００の面に直交する。これにより、打音点検部２００が点検対象箇所９００に対して適切な位置関係で打音検査を行うことができる。
次に、図８〜図１０を参照して、点検システム１の動作について説明する。
図８は、管制装置３１が座標系Σ０を設定する処理手順の例を示すフローチャートである。図８の処理で、座標管理部５９１は、ユーザ操作によって指定された２点の座標を取得する（ステップＳ１０１）。
そして、座標管理部５９１は、２点を結ぶベクトルに直交する方向を算出する（ステップＳ１０２）。
また、座標管理部５９１は、地上側装置２０の位置座標を取得する（ステップＳ１０３）。例えば、地上側装置２０が地上側装置２０自らの位置を測位して測位結果を緯度及び経度で座標管理部５９１に通知する。
そして、座標管理部５９１は、ステップＳ１０２で得られた方向、及び、ステップＳ１０３で得られた位置と点検対象箇所９００との位置関係に基づいて座標系Σ０を設定する（ステップＳ１０４）。
ステップＳ１０４の後、図８の処理を終了する。
図９は、管制装置３１が飛行装置１０の位置及び向きを制御する処理の例を示す説明図である。
図９の処理で、地上側装置２０が飛行装置１０の位置を検出する（シーケンスＳ２０１）。そして、地上側装置２０は、検出した位置を管制装置３１へ通知する（シーケンスＳ２０２）。
管制装置３１は、飛行装置１０に対して直進飛行するよう指示する（シーケンスＳ２１１）。この指示に従って、飛行装置１０が直進飛行する（シーケンスＳ２１２）。すなわち、飛行装置１０は前進方向へ飛行する。
そして、地上側装置２０が飛行装置１０の位置を検出する（シーケンスＳ２１３）。地上側装置２０は、検出した位置を管制装置３１へ通知する（シーケンスＳ２１４）。
管制装置３１は、シーケンスＳ２０２で得られた位置、及び、シーケンスＳ２１４で得られた位置に基づいて、飛行装置１０の直進方向（前進方向）を算出する（シーケンスＳ２２１）。
そして、管制装置３１は、飛行装置１０の前進方向を座標系Σ０のｘ方向に一致させるための飛行経路を算出する（シーケンスＳ２２２）。管制装置３１は、決定した飛行経路に基づいて、飛行装置１０に指示する飛行方向を決定する（シーケンスＳ２２３）。そして、管制装置３１は、決定した飛行方向を飛行装置１０に指示する（シーケンスＳ２２４）。飛行装置１０は、指示に従って飛行する（シーケンスＳ２２５）。
そして、地上側装置２０が飛行装置１０の位置を検出する（シーケンスＳ２３１）。地上側装置２０は、検出した位置を管制装置３１へ通知する（シーケンスＳ２３２）。
管制装置３１は、飛行装置１０の前進方向を検出し、座標系Σ０のｘ方向に一致しているか否かを判定する（シーケンスＳ２３３）。
一致していると判定した場合（シーケンスＳ２３３：ＹＥＳ）、図９の処理を終了する。一方、一致していないと判定した場合（シーケンスＳ２３３：ＮＯ）、シーケンスＳ２２１の処理へ戻る。
図１０は、飛行装置１０が打音検査を行う処理手順の例を示すフローチャートである。
図１０の処理で、点検処理部１９は、飛行装置１０が点検対象箇所９００の正面に位置するか否かを判定する（ステップＳ３０１）。
正面に位置していないと判定した場合（ステップＳ３０１：ＮＯ）、飛行処理部１８は、飛行装置１０の位置を調整する（ステップＳ３０２）。ステップＳ３０２の後、ステップＳ３０１へ戻る。
一方、正面に位置していると判定した場合（ステップＳ３０１：ＹＥＳ）、点検処理部１９は、飛行装置１０と点検対象箇所９００との距離が適切か否かを判定する（ステップＳ３１１）。
適切でないと判定した場合（ステップＳ３１１：ＮＯ）、飛行処理部１８は、飛行装置１０の位置を調整する（ステップＳ３１２）。ステップＳ３１２の後、ステップＳ３１１へ戻る。
一方、位置が適切であると判定した場合（ステップＳ３１１：ＹＥＳ）、点検処理部１９は、飛行装置１０の向きが適切か否かを判定する（ステップＳ３２１）。
適切でないと判定した場合（ステップＳ３２１：ＮＯ）、飛行処理部１８は、飛行装置１０の向きを調整する（ステップＳ３２２）。ステップＳ３２２の後、ステップＳ３２１へ戻る。
一方、向きが適切であると判定した場合（ステップＳ３２１：ＹＥＳ）、点検処理部１９は、上述したように打撃位置を確認する処理を行う（ステップＳ３３１）。
そして、点検処理部１９は、打撃部２３０が点検対象箇所９００に当たるか否かを判定する（ステップＳ３３２）。当たると判定した場合（ステップＳ３３２：ＹＥＳ）、点検処理部１９は、打音検査を実施する（ステップＳ３４１）。そして、点検処理部１９は、飛行側通信部１１を介して結果を管制装置３１へ送信する（ステップＳ３４２）。
ステップＳ３４２の後、図１０の処理を終了する。
一方、打撃部２３０が点検対象箇所９００に当たらないと判定した場合（ステップＳ３３２：ＮＯ）、点検処理部１９は、エラーとして処理する（ステップＳ３５１）。例えば、点検処理部１９は、飛行側通信部１１を介してエラーを管制装置３１へ送信する。
ステップＳ３５１の後、図１０の処理を終了する。
なお、飛行装置１０が飛行部１００の自由度に応じて複数の座標を用いるようにしてもよい。この点について、図１１及び図１２を参照して説明する。
図１１は、より自由度の高い打音点検部を備える飛行装置の外形の概略を示す斜視図である。図１１に示す飛行装置６００は、打音点検部６０１の構造が飛行装置１０の飛行部１００（図２）の場合と異なる。それ以外は、飛行装置１０の場合と同様である。
飛行装置６００では、打音点検部６０１が、アーム２２０、打撃部２３０及び点検部用バランサ２６０に代えて、アーム６２０、打撃部６３０、及び、ジョイント部６６０を備える。なお、測距部２４０と、力覚センサ２５０とは、打撃部６３０に内蔵されている。
ジョイント部６６０は、アーム６２０と打撃部６３０とを角度可変に接続する。これにより、打音点検部６０１では、飛行部１００の打撃部２３０の場合よりも打撃部６３０が動く自由度が高い。
図１２は、飛行装置６００が用いる座標系の例を示す説明図である。同図の例では、飛行装置６００は、座標系Σｂ、Σｐｂ、及び、Σｐｔを用いている。
図１２の座標系Σｂは、図５〜図７の座標系Σｂと同様である。図１２の座標系Σｂでは、原点が飛行装置６００の重心（点Ｐ２１０）に設定されている。また、ｘ軸が、飛行装置６００の前進方向に設定されている。また、ｚ軸は、鉛直上向きに設定されており、ｙ軸は、ｘ軸とｚ軸とに直交して設定されている。図１２の例では、飛行装置６００が、右手座標系の座標軸を用いる場合の例を示しているが、飛行装置６００が左手座標系の座標軸を用いるようにしてもよい。
また、座標系Σｐｂでは、原点が打音点検部６０１と飛行装置本体１１０との接続部分（点Ｐ２２０）に設定されている。また、アーム６２０の長手方向を水平面に投影した方向にｘ軸が設定されている。また、ｚ軸は、鉛直上向きに設定されており、ｙ軸は、ｘ軸とｚ軸とに直交して設定されている。座標系Σｐｂについても飛行装置６００が、右手座標系の座標軸を用いる場合の例を示しているが、飛行装置６００が左手座標系の座標軸を用いるようにしてもよい。
また、座標系Σｐｔでは、原点が打撃部６３０の先端（点Ｐ２３０）に設定されている。この先端は、点検対象箇所９００と接する部分である。また、アーム６２０の長手方向にｘ軸が設定されており、ｘ軸と直角、かつ、水平面内にｙ軸が設定されている。ｚ軸は、ｘ軸とｙ軸とに直交する方向に設定される。座標系Σｐｔについても、飛行装置６００が右手座標系の座標軸を用いるようにしてもよいし、左手座標系の座標軸を用いるようにしてもよい。
飛行処理部１８及び点検処理部１９は、動作の対象に応じて座標系を使い分ける。また、サーボモータの動作又はセンサにより各座標の関係を検出することができ、飛行処理部１８及び点検処理部１９は必要に応じて座標変換を行う。
以上のように、打音点検部２００、６０１は、点検対象箇所９００に対して所定の相対位置から点検対象箇所９００を叩いて点検を行う。飛行部１００は、打音点検部２００、６０１を搭載して飛行する。また、地上側装置２０は、点検対象箇所９００に対する相対位置を固定に設置されて飛行装置１０、６００の位置を検出する。また、飛行指令部５９２は、地上側装置２０が検出した飛行装置１０、６００の位置に基づいて、飛行装置１０、６００の前進方向を、地上側装置２０から点検対象箇所９００へ向かう方向に向けるよう飛行装置１０、６００を制御する。
このように、飛行指令部５９２が、飛行装置１０、６００の前進方向を点検対象箇所９００へ向ける処理を行うので、作業点検者が飛行装置１０、６００を操作する必要無しに、打音点検を行うことができる。また、打音点検部２００、６０１を移動させる装置として飛行装置１０、６００を用いているので、車両では進入が困難な場所に対しても、打音点検を行える。
また、打撃部２３０、６３０は、点検対象箇所９００を叩く。そして、点検処理部１９は、打撃部２３０、６３０が検査のために点検対象箇所９００を叩く前に、打撃部２３０、６３０の点検対象箇所９００に対する相対位置を確認する。これにより、点検システム１では、不適切な位置から点検対象箇所９００を叩いて打音点検の精度が低下する可能性を低減させることができる。
また、力覚センサ２５０は、打撃部２３０、６３０に加わる力を検出する。点検処理部１９は、打撃部２３０、６３０を点検対象箇所９００を叩く位置へ移動させ、力覚センサ２５０のセンシングデータに基づいて打撃部２３０、６３０と点検対象箇所９００との接触の有無を判定する。
これにより、点検システム１では、力覚センサ２５０による圧力の検出の有無を判定するという簡単な処理で、打音検査を適切に行えるか否かを確認することができる。
また、測距部２４０は、打撃部２３０、６３０と点検対象箇所９００との距離を測定する。そして、点検処理部１９は、打撃部２３０、６３０と点検対象箇所９００との距離が所定の距離か否かを判定する。
これにより、点検システム１では、測距部２４０が検出する距離が所定の距離か否かを判定するという簡単な処理で、打音検査を適切に行えるか否かを確認することができる。
また、飛行指令部５９２は、点検対象箇所９００の表面における２点の指定を受け、飛行装置１０、６００の前進方向を、２点を含む直線と直交する方向、かつ、地上側装置２０から点検対象箇所９００へ向かう方向に向けるよう飛行装置１０、６００を制御する。
これにより、点検作業者は、点検対象箇所９００の表面における２点を指定するという簡単な処理を行えばよく、飛行装置１０、６００を操縦する必要がない。この点で、点検作業者の負担を低減させることができる。
次に、図１３〜図１４を参照して、本発明の最小構成について説明する。
図１３は、本発明に係る点検システムの最小構成を示す説明図である。同図に示す点検システム５０は、飛行装置５１と、地上側装置５４と、飛行指令部５５とを備える。飛行装置５１は、打音点検部５２と、飛行部５３とを備える。
かかる構成にて、打音点検部５２は、点検対象箇所に対して所定の相対位置から点検対象箇所を叩いて点検を行う。飛行部５３は、打音点検部５２を搭載して飛行する。地上側装置５４は、点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて飛行装置５１の位置を検出する。そして、飛行指令部５５は、地上側装置５４が検出した飛行装置５１の位置に基づいて、飛行装置５１の前進方向を、地上側装置５４から点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう飛行装置５１を制御する。
このように、飛行指令部５５が、飛行装置５１の前進方向を点検対象箇所へ向ける処理を行うので、作業点検者が飛行装置５１を操作する必要無しに、打音点検を行うことができる。また、打音点検部５２を移動させる装置として飛行装置５１を用いているので、車両では進入が困難な場所に対しても、打音点検を行える。
図１４は、本発明に係る管制装置の最小構成を示す説明図である。同図に示す管制装置６０は、飛行指令部６１を備える。
かかる構成にて飛行指令部６１は、点検対象箇所に対して所定の相対位置から点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検部と、打音点検部を搭載して飛行する飛行部とを備える飛行装置の前進方向を、点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて飛行装置の位置を検出する地上側装置から点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう、地上側装置が検出する飛行装置の位置に基づいて飛行装置を制御する。
このように、飛行指令部６１が、飛行装置の前進方向を点検対象箇所へ向ける処理を行うので、作業点検者が飛行装置を操作する必要無しに、打音点検を行うことができる。また、打音点検部を移動させる装置として飛行装置が用いられているので、車両では進入が困難な場所に対しても、打音点検を行える。
なお、飛行側制御部１７と、地上側制御部２９と、管制側制御部５９０との機能の全部または一部を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各部の処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＣＤ−ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
この出願は、２０１６年５月２７日に出願された日本出願特願２０１６−１０６７６４を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１、５０ 点検システム
１０、５１、６００ 飛行装置
１１ 飛行側通信部
１６ 飛行側記憶部
１７ 飛行側制御部
１８ 飛行処理部
１９ 点検処理部
２０、５４ 地上側装置
２１ 地上側通信部
２２ 飛行装置検出部
２８ 地上側記憶部
２９ 地上側制御部
３０ 管制システム
３１、６０ 管制装置
３２ 電源装置
５２、２００、６０１ 打音点検部
５３、１００ 飛行部
５５、６１、５９２ 飛行指令部
１１０ 飛行装置本体
１２０ ファン
１３０ 本体用バランサ
２１０ 点検部用台座
２１１ 点検部用回転軸
２２０、６２０ アーム
２３０、６３０ 打撃部
２４０ 測距部
２５０ 力覚センサ
２６０ 点検部用バランサ
２７０ マイク
３００ レーザレンジファインダ
３１０ ファインダ用台座
３１１ ファインダ用回転軸
３２０ ファインダ本体
４００ コーナーキューブ
５１０ 管制側通信部
５２０ 表示部
５３０ 操作入力部
５８０ 管制側記憶部
５９０ 管制側制御部
５９１ 座標管理部
６６０ ジョイント部
９００ 点検対象箇所

Claims (8)

  1. 点検対象箇所に対して所定の相対位置から前記点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検手段と、
    前記打音点検手段を搭載して飛行する飛行手段と、
    を備える飛行装置と、
    前記点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて前記飛行装置の位置を検出する地上側装置と、
    前記地上側装置が検出した前記飛行装置の位置に基づいて、前記飛行装置の前進方向を、前記地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう前記飛行装置を制御する飛行指令手段と、
    を備える点検システム。
  2. 前記打音点検手段は、前記点検対象箇所を叩く打撃手段を備え、
    前記飛行装置は、前記打撃手段が検査のために前記点検対象箇所を叩く前に、前記打撃手段の前記点検対象箇所に対する相対位置を確認する打撃手段位置確認手段を備える、
    請求項１に記載の点検システム。
  3. 前記打撃手段に加わる力を検出する力覚センサを備え、
    前記打撃手段位置確認手段は、前記打撃手段を前記点検対象箇所を叩く位置へ移動させ、前記力覚センサのセンシングデータに基づいて前記打撃手段と前記点検対象箇所との接触の有無を判定する、
    請求項２に記載の点検システム。
  4. 前記打撃手段と前記点検対象箇所との距離を測定する測距手段を備え、
    前記打撃手段位置確認手段は、前記打撃手段と前記点検対象箇所との距離が所定の距離か否かを判定する、
    請求項２または請求項３に記載の点検システム。
  5. 前記飛行指令手段は、前記点検対象箇所の表面における２点の指定を受け、前記飛行装置の前進方向を、前記２点を含む直線と直交する方向、かつ、前記地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう前記飛行装置を制御する、請求項１から４のいずれか一項に記載の点検システム。
  6. 点検対象箇所に対して所定の相対位置から前記点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検手段と、前記打音点検手段を搭載して飛行する飛行手段とを備える飛行装置の前進方向を、前記点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて前記飛行装置の位置を検出する地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう、前記地上側装置が検出する前記飛行装置の位置に基づいて前記飛行装置を制御する飛行指令手段を備える管制装置。
  7. 点検対象箇所に対して所定の相対位置から前記点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検手段と、前記打音点検手段を搭載して飛行する飛行手段とを備える飛行装置の前進方向を、前記点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて前記飛行装置の位置を検出する地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう、前記地上側装置が検出する前記飛行装置の位置に基づいて前記飛行装置を制御する管制方法。
  8. コンピュータに、
    点検対象箇所に対して所定の相対位置から前記点検対象箇所を叩いて点検を行う打音点検手段と、前記打音点検手段を搭載して飛行する飛行手段とを備える飛行装置の前進方向を、前記点検対象箇所に対する相対位置を固定に設置されて前記飛行装置の位置を検出する地上側装置から前記点検対象箇所へ向かう方向に向けるよう、前記地上側装置が検出する前記飛行装置の位置に基づいて前記飛行装置を制御する処理を実行させるプログラムを格納する、コンピュータが読み取り可能な記録媒体。
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